• 한국전자파학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.62-75
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• 2007

본 논문은 단위 방사 소자의 이득을 증가시키기 위한 성형 빔 안테나에 관한 것이다. 제안하는 안테나 구조는 크게 여기 소자와 다층 원형 도체 배열 구조로 구성된다. 광대역에 걸쳐 전자파 전력이 다층 원형 도체 배열로 방사하기 위한 여기 소자로 스택 마이크로스트립 패치 소자가 사용되었으며, 고이득 빔 성형을 위한 지향 소자의 역할을 담당하는 다층 원형 도체 배열 소자들은 여기 소자 위에 주기적으로 유한하게 적층되었다. 제안하는 안테나가 고이득 특성을 얻기 위해서는 여기 소자와 다층 원형 도체 배열 소자들 간의 효율적인 전력 결합이 이루어져야 하며, 이를 위해 주어진 설계 규격에 따라 여기 소자 및 다층 원형 도체 배열 소자들의 설계 변수들은 함께 최적화되어야 한다. 본 연구에서는 고이득 성형 빔 안테나는 $9.6{\sim}10.4\;GHz$ 주파수 대역 및 선형 편파 조건하에서 최적화 설계되었으며, 또한 안테나의 다층 원형 도체 배열 소자들을 구현하는 2가지 방법 즉, 얇은 유전체 필름을 이용하는 방법과 유전체 폼을 이용하는 방법들도 제안되었다. 특히, 유전체 필름을 이용하는 안테나에 대해서는 컴퓨터 시뮬레이션 과정을 통해, 원형 도체 배열 소자들의 적층 수에 따른 안테나의 전기적인 성능 변화들을 보여주었다. 유전체 필름(Type 1)과 유전체 폼(Type 2)을 이용한 2종류의 안테나 시제품들을 제작하였으며, 얇은 유전체 필름을 이용한 안테나 시제품에 대해선 시뮬레이션 된 전기적 성능 결과와 비교를 위해 원형 도체 배열 적층 수에 따른 안테나의 전기적인 성능 변화들을 실험하였다. 측정된 이득 성능은 시뮬레이션 이득 성능과 거의 유사한 결과를 보여주었으며, 원형 도체 적층 수에 따라 안테나 이득 변화는 주기성을 보였다. 10 GHz 중심 주파수에서 측정된 Type 1 안테나의 전기적 성능은 원형 도체 배열을 10개 적층(disk10)하였을 때, 15.65 dBi의 최대 안테나 이득과 11.4 dB 이상의 입력 반사 손실 성능을 보여 주었으며, 다층 원형 도체 배열 구조에 의해 약 5 dB의 이득 향상 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 원형 도체를 12개 적층하였을 때, 외곽 유전체 링 효과에 의해 Type 1 안테나는 Type 2 안테나보다 상대적으로 약 1.35 dB 만큼 이득이 더 높았으며, 각 안테나의 3 dB 빔 폭은 각각 약 $28^{\circ}$와 $36^{\circ}$로 측정되었다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제15권9호
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• pp.896-905
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• 2004

본 논문에서는 이동통신 기지국 안테나로 활용하기 위한 구형 빔 패턴을 갖는 평면 배열 안테나 설계 및 제작 그리고 실험에 대하여 기술하였다. 원하는 구형 빔 패턴을 형성하기 위해 종래에 많이 사용하던 sin(x)/x 전류 분포를 사용하지 않고 급전 회로망의 설계 제작이 용이한 진폭과 위상 성분의 전류 분포로 최적화하였다. 본 논문에서 설계하는 평면 배열 안테나는 직사각형 격자 배열 구조를 가지며, 16${\times}$8 배열 소자로 구성된다. 각 방사 소자는 선형 수직 편파와 동축 여기 구조를 갖는 단일 마이크로스트립 소자이며, 월킨슨 전력 분배기와 180$^{\circ}$ 링 하이브리드 결합기를 기본 소자로 하는 급전 회로망이 설계된다. 평면 배열 안테나는 방위각 방향으로 는 0.55 λ$_{ο}$의 소자 간격을 갖는 16 배열 소자에 의해 90$^{\circ}$ 구형 빔 패턴을 형성하고, 양각 방향으로는 0.65 λ$_{ο}$의 소자 간격을 갖는 8 배열 소자에 의해 $10^{\circ}$의 일반적인 정형 빔 패턴을 형성한다. 또한, 16${\times}$8 배열 안테나는 좌우 상하 대칭적으로 네 부분으로 나뉘어져 있으며, 128개의 방사 소자, 32개의 1-4 행 분배기, 4개의 1-8 열 분배기 그리고 1개의 1-4 입력 전력 분배기로 구성된다. 본 논문에서 제안한 평면 배열 안테나 구조의 전기적인 특성을 검증하기 위하여 1.92～2.17 GHz(IMT2000 대역)에서 동작하는 평면 배열 안테나 실험 시제품을 제작하였으며, 실험 측정 성능들은 시뮬레이션 성능들과 매우 유사함을 보여 주었다.